ДРЕВЕСИНА

Кора Сердцевина Ядро Заболонь

комплекс тканей, выполняющих проводящие, механические и запасающие функции. В стволе   древесины  располагается между сердцевиной и корой. Древесину изучают на поперечном, радиальном и тангенциальном разрезах (рис.).

По структуре древесины различают периферическую светлую зону {заболонь)   и   центральную темную зону (ядро). Ежегодный пророст древесины годичные кольца на поперечном разрезе имеют вид концентрических окружностей, на радиальном разрезе - прямых, а на тангенциальном разрезе - изогнутых полос. У многих пород в каждом слое древесины  заметны светлая - ранняя, и темная - поздняя, зоны. На поперечном разрезе  древесины  некоторых лиственных пород видны светлые радиальные полоски - лучи (сердцевинные). На продольном радиальном разрезе лучи выделяются как блестящие поперечные полоски, а на тангенциальном - как веретеновидные образования. Лиственные породы делятся на кольцесосудистые (дуб, ясень и др.) с крупными сосудами, расположенными только в ранней зоне каждого годичного слоя, и на рассеянно сосудистые с равномерно распределенными по всему слою сосудами (береза, осина и др.). У хвойных пород в поздней зоне годичных слоев на поперечном разрезе заметны светлые пятнышки - смоляные ходы.

Под микроскопом (световым и электронным) видно, что древесина  состоит из клеток, слоистые стенки которых включают микрофибриллы. Эти субмикроскопические целлюлозные лентоподобные образования ориентированы преимущественно вдоль длинной оси клеток. Между микрофибриллами находятся др. органические вещества и вода. В стенках клеток имеются поры.

Древесина хвойных пород состоит на 90 % и более из удлиненных клеток - трахеид. Расположенные в ранней зоне трахеиды имеют крупные полости и выполняют, в основном, проводящую функцию, а толстостенные трахеиды поздней зоны - механическую. Запасающую функцию выполняют паренхимные клетки, которые слагают лучи и участвуют в образовании смоляных ходов. Вертикальные смоляные ходы связаны с проходящими в лучах горизонтальными смоляными ходами.

В  древесине  лиственных пород проводящую функцию выполняют сосуды, состоящие из члеников, и сосудистые трахеиды; механическую - волокна либриформа, а также волокнистые трахеиды; запасающую - паренхимные клетки в виде горизонтальных узких (однорядных) и широких (многорядных) лучей и вертикальных тяжей паренхимы (реже - веретеновидной паренхимы).

Химический состав  древесины  всех пород практически одинаков: углерод - 49-50 %, кислород - 43-44, водород - 6 и азот - 0,1-0,3 %. Эти элементы образуют органические вещества: целлюлозу (31-50 %), лигнин (20-30) и гемицеллюлозы (19-35), включающие пентозаны (5-29) и гексозаны (6-13 %). У хвойных пород несколько больше целлюлозы, у лиственных значительно больше пентозан. В состав  древесины  входят также экстрактивные вещества (танины, смолы, камеди, эфирные масла и др.). Минеральные вещества при сжигании  древесины образуют золу (0,1-1,0%).

Физические свойства древесины. Цвет древесины  зависит от породы, изменяется при воздействии воздуха, света, химических агентов, грибных поражениях. Цвет, а также блеск и текстура (рисунок от перерезанных элементов структуры) характеризуют декоративные свойства древесины и используются при идентификации пород. Влажность древесины  определяется как отношение (в %) массы воды к массе абсолютно сухой Д.. Связанная вода содержится в клеточных стенках, свободная - в полостях клеток и межклеточных пространствах. Влажность ядра свежесрубленных хвойных деревьев составляет 35-37 %, а заболони - в 2-3 раза выше; у лиственных пород это различие меньше.

Свойства  древесины резко изменяются при снижении влажности за предел насыщения клеточных стенок (WnH), в среднем равный 30 %. При выдерживании на воздухе с постоянными температурой и относительной влажностью  древесины  приобретает соответствующую и одинаковую для всех пород равновесную влажность.   Древесина атмосферной сушки (воздушно-сухая) имеет влажность 15-20 %. Влажность  древесины  камерной сушки (комнатно-сухой) равна 8-12 %.

Уменьшение содержания связанной воды вызывает усушку древесины  Полное удаление связанной воды приводит к сокращению линейных размеров   древесины (в тангенциальном направлении - на 8-10 %, в радиальном - на 3-7, вдоль волокон - на 0,1-0,3 %) и объема - на 11-17 %.  Древесина обладает способностью поглощать влагу из воздуха; при этом максимальная влажность равна пределу гигроскопичности. Увеличение содержания связанной воды вызывает разбухание. Из-за различия в усушке или разбухании по разным направлениям происходит коробление  древесины Стесненная усушка при неравномерном распределении связанной воды по объему сортимента приводит к появлению сушильных напряжений и растрескиванию материала. При вымачивании  древесина поглощает не только свободную, но и связанную воду.

Плотность древесинного вещества (материала клеточных стенок) не зависит от породы и равна 1530 кг/м^. Плотность древесины в сухом состоянии из-за наличия в ней пустот зависит от породы и находится в пределах от 100 кг/мЗ (бальза) до 1300 кг/м^ (бакаут). Плотность  древесины при повышении влажности   древесины  увеличивается: постепенно, пока влажность древесины не превышает Wn н, т. е. 30 %, и резко, когда влажность становится выше Wn H. Основные лесообразующие породы при влажности 12 % имеют плотность 400-700 кг/м^.

Древесина  пропускает жидкости и газы под давлением. Удельная теплоемкость абсолютно сухой  древесины одинакова и равна 1,55 кДж/(кг ¦ °С). С повышением влажности, а также температуры теплоемкость  древесины  возрастает. С увеличением плотности, влажности и температуры теплопро-водность древесины  также возрастает; вдоль волокон она в 2 раза выше, чем поперек. Тепловое расширение   древесины мало.

Сухая древесина имеет очень высокое электрическое сопротивление, но с повышением влажности оно снижается в миллионы раз. Для повышения электрической прочности  древесины ее пропитывают минеральными маслами. Диэлектрическая проницаемость сухой  древесины составляет 2-5, с повышением влажности и температуры она увеличивается, под действием нагрузок в сухой   древесины проявляется пьезоэлектричесюш эффект.

Скорость распространения звука в древесины  вдоль волокон примерно 5000 м/с, а поперек волокон - в 3-4 раза ниже. Звукопоглощение  древесины сравнительно невелико, а звукопроницаемость большая. Древесина  ели и пихты обладает высокой резонансной (звукоизлучательной) способностью и используется для производства музыкальных инструментов.

Инфракрасные лучи проникают в древесину неглубоко, они используются для сушки шпона и др. тонких сортиментов. Видимые лучи проникают значительно глубже и применяются для дефектоскопии. Находит применение световая, лазерная технология обработки  древесины. Под действием ультрафиолетовых лучей возникает люминесценция древесины. Рентгеновские и ядерные излучения, проходящие через древесину, ослабляются в зависимости от толщины, плотности и влажности сортимента; они также используются для дефектоскопии древесины.

Механические свойства древесины проявляются под действием усилий. Среди этих свойств древесины различают прочность - способность сопротивляться разрушению; деформативностъ -способность сопротивляться изменению размеров и формы; технологические и эксплуатационные свойства. Прочность определяют при испытаниях образцов древесины на сжатие, растяжение, изгиб, сдвиг и, реже, на кручение. Показатели механических свойств древесины вдоль волокон значительно выше, чем поперек. У основных лесообразующих пород пределы прочности древесины составляют: при сжатии вдоль волокон -40-73 МПа; растяжении вдоль волокон - 66-171 МПа; поперек волокон в радиальном направлении - 4,0-13,3 МПа, а в тангенциальном - 2,8-9,2 МПа; при изгибе -68-148 МПа. Эти данные получены при испытании малых образцов древесины без пороков с влажностью 12 %. Повышение влажности до Wn H снижает пределы прочности при сжатии вдоль волокон в 2,0-2,5 раза. Увеличение размеров образцов и наличие пороков древесины также уменьшают ее прочность.

При кратковременных и сравнительно небольших нагрузках древесина деформируется как упругий материал. Модуль упругости древесины вдоль волокон составляет 12-18 ГПа, а поперек волокон - в 15-30 раз меньше.

Реологические свойства древесины, характеризующие ее способность деформироваться во времени, резко повышаются с увеличением содержания связанной воды и температуры. При снижении влажности и температуры нагруженной древесины значительная часть упругих деформаций перерождается в «заморожеиные» деформации. Они проявляются в процессах сушки, прессования, гнутья древесины. Замороженные деформации обусловливают «память»  древесины на температурно-влажностные воздействия. При очень длительном воздействии нагрузки прочность  древесины может снизиться в 2 раза. Многократное изменение нагрузки приводит к снижению прочности - усталости древесины.  Циклическое изменение влажности нагруженной  древесины вызывает гигроусталостъ и повышенную деформацию.

При проектировании деревянных конструкций используются расчетные сопротивления, которые в несколько раз меньше пределов прочности, учитывая влияние длительности нагрузки, влажности, температуры, пороков и др. факторов.

Ударная вязкость древесины характеризует ее способность поглощать энергию при ударной нагрузке, у лиственных пород она в 2 раза выше, чем у хвойных. Твердость древесины прямо зависит от ее плотности. Торцевая твердость больше боковой. Для улучшения свойств ее модифицируют прессованием, введением синтетических полимеров и др. веществ, для защиты от гниения и огня пропитывают антисептиками и антипиренами.

Лит.: Уголев, Б. Н. Древесиноведение с основами лесного товароведения. - М., 2001.